基于大型儀器平臺的化工專業創新訓練培養體系建設

李 慶，任 燕，趙亞梅，張洛紅，安鳳秋，董祥芝

(1.西安工程大學 環境與化學工程學院，陜西 西安 710048；2.西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048)

“大學生創新創業訓練計劃”是教育主管理部門面向本科生立項的項目，也是“高等學校本科教學質量與教學改革工程”的重點建設項目之一[1]。大型儀器設備是高等學校的優質資源，是進行教學、實驗和科研的重要平臺，也是辦學實力和科研水平的重要標志。此外，高校的大型儀器平臺與科研機構、政府部門、高新技術企業等的同類平臺在軟、硬件方面完全是互通的，這無疑是化工專業本科生開展創新訓練對接的理想平臺[2]。然而，此類平臺很少對本科生創新訓練項目開放或者開放程度十分有限，配套的培養體系研究也有所缺位，造成了優質教學資源的浪費。推進大型儀器平臺與化工專業大學生創新訓練項目對接，開展有效的培養體系建設研究，對提升化學化工背景本科生創新訓練的水平和社會影響力具有重要意義。

1 大型儀器平臺驅動的創新訓練培養體系的建設目標

國家已把創新創業教育提到國家戰略高度，對于工科屬性的化工專業學生來說同樣面臨著重要的機遇和挑戰，不應僅僅專注于在課堂理論知識的學習，更有必要通過實驗操作和實踐鍛煉來提升自身的綜合素質，順應國家建設創新型國家的戰略需要[3]。同時，為進一步提高學生的實踐能力和創新思維，各大高校對化工專業學生的創新訓練體系建設愈發重視。雖然開設化工類專業的學院普遍擁有獨立的大型儀器測試平臺，但是由于這類儀器購買價格昂貴且維修保養費用很高，主要用于支持科研工作。部分大型儀器在實驗教學中的開放也只是通過教師進行操作演示，本科生只能在一旁觀看，有些大型儀器學生更是只在書本上看到過，這對未來讀研讀博期間的獨立實驗能力提升和參加工作后從事專業技術工作是十分不利的。因此，基于本科生獲得立項的國家級/省級大學生創新訓練項目，以及與項目高度關聯的指導教師的縱/橫向科研項目的引導作用，特別是結合學院現有大型儀器平臺資源的推動作用，開展全新的大學生創新訓練培養體系建設研究以提升大學生創新訓練的水平是本研究的目標。

2 基于大型儀器平臺的創新能力訓練模式探索

環境與化學工程學院“分析測試中心”是西安工程大學組建最早的大型儀器測試平臺，是學校教學、科研和對外服務的分析測試基地，平臺擁有掃描電鏡、X射線單晶衍射儀、X射線粉末衍射儀、氣質聯用色譜儀等化學、化工、材料及交叉學科領域的大型儀器設備數十臺套；平臺專職管理老師均具有化學化工專業學習背景和博士學位，精通大型儀器運行的基本原理和實踐動手操作。這對指導創新訓練學生團隊無疑具有先天優勢。門類齊全和多學科交叉的大型儀器平臺為實施創新訓練提供了絕佳的實戰平臺，研究摸索實現二者的無縫對接，對大學生創新訓練項目水平的提升起到了催化劑和助推器的作用。平臺資源的多元化，更是為學生提供了豐富的自主選題興趣點，利于在指導老師科研項目的基礎上進行創新思維的深度擴展。

2.1 對接新平臺、優化提升現有創新訓練項目水平

通過大型儀器平臺與在研甚至已結題創新訓練項目對接進行再培育，探索新層次上的創新訓練點，實現對原有研究成果的拓展和深化。通過將原有創新訓練項目繼續做大做強，對提升大學生創新素質和能力有重要作用。通過培育嘗試，我院化工專業原立項校級、省級創新訓練項目與大型儀器平臺對接升級后，碰撞出了新的創新理念，目前多個升級后的創新訓練項目已成功再獲省級、國家級創新訓練項目資助。而且，化工專業學生的創新訓練項目結題后，學生的創新思維得到發散和深化，新的創新理念經與指導老師交流后很多轉化為了大四的本科畢設課題，使創新訓練成果得到了進一步的強化。從項目開展的延續性角度出發，在此模式下，一個項目經過幾級學生的滾動完善、深化，有望產生新的研究成果。

2.2 開發新課題，創新新思維

在新的創新訓練項目選題方面，通過對學院二、三年級化學工程與工藝專業的本科生進行走訪調研，了解了本科生對創新訓練的興趣點、看法和訴求，以及對大型分析測試儀器基本知識的學習掌握情況。針對調研結果以及本科生的專業特點，篩選能夠與大型儀器平臺資源進行對接的研究項目進行對接嘗試和調試運行。在此環節充分發揮了大型儀器平臺儀器管理老師的大型儀器專業技能和研究特長，通過對儀器資源進行合理配置，實現了將最合適的創新訓練小組對接到最合適的平臺資源上去。并經過一段時間的運行之后，進行了總結改進。新型培養體系建設摸索的過程中，大型儀器對傳統創新訓練模式顯示出顯著的推動和提升作用。以往部分化工專業學生開展創新訓練項目通常只是以應用效果來進行運行評價，對產生效果的基本原理是缺乏理解和認識的，學生對相關的實驗現象“只知其然，而不知其所以然”。這種創新訓練好比無源之水，無本之木，無疑是缺乏活力和生命力的，也無法激起學生持久的探索、創新熱情。而大型儀器平臺中的分析測試儀器，恰恰可以揭示這些客觀現象背后的微觀原因(機理)，而這些機理往往是課堂教學中學生學習過甚至是考試過的，通過大型儀器平臺的驅動效應，在創新訓練中強化了學生對課本生硬原理的理解和運用，使學生加深了構效關系、作用機制這些化學化工專業名詞的理解，進行了獨立科研探索的啟蒙。在新培養體系下，多個創新團隊的多項國家級大學生創新訓練項目(編號：201810709001；201810709035；201810709008；201910709016)已經在分析測試中心的大型儀器平臺進行了成功的對接，平臺的大型儀器管理老師和項目指導教師全程參與講解與指導，參與的學生普遍反映這種模式能充分調動他們的積極性和探索欲，部分準備繼續讀研的學生也初步明確了自己未來準備進行科研探索的方向。

3 大型儀器平臺驅動創新訓練與高水平科研項目對接嘗試

隨著本科生在大型儀器平臺上的創新訓練日益得心應手，創新小組的一部分同學在指導老師的引導下參與到了國際級、省部級課題的研究之中，繼續進行升級的科研創新訓練，取得了很好的創新能力培養效果。比如，針對化工專業本科生在無機化學課程上接觸到的當今無機化學領域的研究熱點金屬—有機框架(MOFs)材料，指導老師很好的結合了大型儀器平臺的Bruker X 射線單晶衍射儀，進行科研型創新訓練，通過MOFs單晶的合成和具體微觀結構的解析，激發了學生的濃厚學習興趣，很快熟悉并基本掌握 了X 射線衍射儀的測試原理和用途，并能掌握一定的實驗測試技巧和初步的結構解析技巧。結合指導老師的研究課題，還學會了自己設計單晶合成實驗、培養晶體、挑選單晶、解析結構、測試性能。整個培養環節中，學生完成了一個比較完整的科研過程，培養和提升了學生的科學思維和創新能力，當然這一切離開了大型儀器平臺的有效驅動，是根本無法在基礎教學實驗室里實現的。

4 總結

在“新工科”建設的大背景之下，以化工專業的本科生為主體，依托大型儀器平臺和指導教師科研項目，開展項目引導、平臺推動的大學生創新訓練培養體系建設研究，來提升大學生創新訓練項目的實施效果，促進學生工程實踐能力和科學創新思維的提升。通過將理論知識、科學實驗和分析檢測結合，提升學生對科學現象微觀本質的揭示能力，更重要的是培養了學生獨立思考、獨立科研、獨立解決問題的能力，為創建創新型國家儲備了人才。